三极管的放大作用

1、三极管的放大作用下面以 NPN型三极管为例，来讨论三极管的放大作用。图 a 所示的 NPN三极管的结构，由于内部存在两个PN 结，表面看来，似乎相当于两个二极管背靠背地串联在一起， 如下左图所示， 但是假设将两个单独的二极管如下右图所示地连接起来， 将 会发现它们并不具有放大作用。 为了使三极管实现放大， 还必须由三极管的内部结构和外部所加 电源的极性两方面的条件来保证。从三极管的内部结构来看，主要有两个持点。第一， 发射区进行高掺杂， 因而其中的多数载流子 浓度很高。 NPN三极管的发射区为 N 型，( 其中的多子是电子 )，所以电子的浓度很高。第二， 基区做得很薄，通常只有几微米到几十微米

2、，而且掺杂比较少，则基区中多子的浓度很低。 NPN 三极管的基区为 P 型，( 其中的多子空穴 )的浓度相对很低。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应 使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏 置状态。1发射 由于发射结正向偏置， 因而外加电场有利于多数载流子的扩散运动。 又因为发射区的多 子电子的浓度很高， 于是发射区发射出大量的电子。 这些电子越过发射结到达基区， 形成电子电 流。因为电子带负电，所以电子电流的方向与电子流动的方向相反，见图 1.3.5(a) 和 (b) 。与此 同时， 基区中的多子空穴也向发射区扩散而形成空穴电流， 上述电子电流和空穴电流的总和就是发射极电流 。由于

3、基区中空穴的浓度比发射区中电子的浓度低得多，因此与电子电流相比，空穴电流可以忽略，可以认为，主要由发射区发射的电子电流所产生图 1.3.5 三极管中载流子的运动和电流关系(a) 载流子的运动 (b) 各极电流关系2. 复合和扩散 电子到达基区后， 因为基区为 P 型，其中的多子是空穴， 所以从发射区扩散过来 的电子和空穴产生复合运动而形成基极电流 ，基区被复合掉的空穴由外电源 不断进行补 充。但是，因为基区空穴的浓度比较低，而且基区很薄，所以，到达基区的电子与空穴复合的机 会很少，因而基极电流 比发射极电流 小得多。大多数电子在基区中继续扩散，到达靠近集 电结的一侧。一、输人特性当 不变时，输

4、入回路中的电流 与电压 之间的关系曲线称为输入特性，当 =0 时，从三极管的输入回路看， 基极和发射极之间相当于两个 PN结发射结和集电结 ) 并联，如图 (b) 所示。所以，当 b、e 之间加上正向电压时，三极管的输入特性应为两个二极管 并联后的正向伏安特性，见图中左边一条特性。=0 时三极管的输入回路当 0 时，这个电压的极性将有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。 如果 ，则三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，三极管处于放大状态。此时发射区发射的电子只有一小部分在基区与空穴复合， 成为 ，大部分将集电极收集， 成为 。所以， 与 =0时相比，在同样的 之下，基极电流 将大大减小

5、，结果输入特性将右移，见图 1.3.8 中右边一条特性。当 继续增大时，严格地说，输入特性应继续右移。但是，当 大于某一数值 （例如 1V ） 以后，在一定的之下， 集电极的反向偏置电压已足以将注入基区的电子基本上都收集到集电极，即使 再增大， 也不会减小很多。因此，大于某一数值以后，不同 的各条输入特性十分密集，几乎重叠在起，所以，常常用大丁 1V时的一条输入特性 （ 例如 2V） 来代表更高的情况。在实际的放大电路中， 三极管的 一般都大于零， 因而 大于 1V 时的输入特性更有实用意 义。三极管的输入特性二、输出特性当 不变时，输出回路中的电流 与电压 之间的关系曲线称为输出特性 在输出

6、特性曲线上可以划分为三个区域：截止区、放大区和饱和区。下面分别进行介绍1. 截止区一般将 的区域称为截止区， 在图中为 0 的一条曲线以下的部分此时发射结和集电结都 反偏，此时 也近似为零。由于管子的各极电流都基本上等于零，所以三极管处于截止状想，没有放大作用。其实当 =0 时，集电极回路的电流并不真正为零，而是有一个较小的穿透电流 。一般硅三 极管的穿透电流较小，通常小于 1 A，所以在输出持性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透 电流较大，约为几十 几百微安。可以认为当发射结反向偏置时，发射区不再向基区注入电子， 则三极管处于截止状态。所以，在截止区，三极管的发射结和集电结部处于反向偏置状态

7、。 对于NPN三极管来说，此时0， 0，而0。3. 饱和区图 1.3.9 中靠近纵坐标的附近， 各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区， 见图中纵坐 标附近虚线以左的部分。在这个区域，不同 值的各条特性曲线几乎重叠在起，十分密集。 也就是说，当 较小时，管子的集电极电流 基本上不随基极电流 而变化，这种现象称为 饱和。在饱和区，三极管失去了放大作用，此时不能用放大区中的 来描述 和 的关系。 一般认为，当 =， 即 0 时，三极管达到临界饱和状态。当0，和。三极管饱和时的管压降用 表示，一般小功率硅三极管的饱和管压降0以上介绍了三极管的输入特性和输出特性。 管子的特性曲线和参数是根据需要选用三极管的主要 依据。 各种型号三极管的特性曲线可从半导体器件手册查得。 如欲测试某个管子的特性曲线， 除 了逐点测试以外， 还可利用专用的晶体管特性图示仪， 它能够在荧光屏上完整地显示三极管的特 性曲线族 。三极管的主要参数一、电流放大系数 三极管的电流放大系数是表征管子放大作用大小的参数。综合前面的讨论，有以下几个参数：1.